矿山地质剖面图数据数字化三维可视化的研究

－４－　露天采矿技术　２００６－ｑ－￣￣６期　矿山地质剖面图数据数字化三维可视化的研究　王军锋，张新予　（江西理工大学应用科学学院，江西赣州３４１０００）　摘要：论述了所需要数字化三维可视化的矿山地质剖面图数据的内容及其数据格式要求，系统地研究　了地质剖面图数据数字化三雏可视化的数字化方法、三维可视化的加工和处理方法、检查方法，对于建立数　字矿山有一定的参考意义。　关键词：地质剖面图；数字化；三维可视化　中图分类号：ＴＤ　６７２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—９８１６（２００６）０６—０００４—０３　Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｄａｔａ　ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ　ＷＡＮＧ　Ｊｕｎ—ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎ—ｙｕ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉｃｍｇｘｉ　Ｕｎｗｅ￣ｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｒｔｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｆｏｒｍａｔ　ｒｅｑｕｅｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ￣ｑｕｉｒｅｄ　ｄｉｇｉｔｉｚｅ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｐｒｏｆｉｌｅ，ｓｙｓｔｅｍａｔａｅｉａｌｌｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔｉｚｅ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａ—　ｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｌ’ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｍｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｐｒｏｆｉｌｅ；ｄｉｇｉｔｉｚｅ；ｔｈｎ　ｅ—ｄｊｍｅｎｓｉ０ｎａＩ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　１　矿区坐标系统的一致性问题　快速完成数据坐标系统的转换。在进行坐标系统转　工程建设应尽可能地采用一个统一的坐标系　换前，需要注意的是有些矿山采用的坐标系统是近　统，这样既便于成果通用又不易出错。对于一个开采　似标准坐标系统或的矿区用坐标系统。　周期很长的矿山，其测量工作涉及诸多阶段诸多方　如果采用的是标准坐标系统，其坐标系统的　、　面的内容。如地面控制测量、地形图的测绘和应用、　Ｙ值会有很多位数，而在实际的应用中，前几位的数　井下控制测量和施工放样、井上井下关系的对照、大　值是不变的，因此在进行数据的数字化三维可视化　型贯通工程的控制等等，都涉及一个非常关键的问　工作时，可以去掉这些不变数值的位数。例如：根据　题，即统一坐标系统的使用Ｉ”。　某磷矿的生产实际情况，以及出图习惯，来确定所使　“数字矿山就是一个矿山范围内的以三维坐标　用的坐标系统，统一采用北京５４坐标系统，南北方　信息及其相互关系为基础而组成的信息框架”，因　向（测量坐标Ｘ）坐标的整数位数保留７位数，东西　此，在矿区范围内，对于需要数字化三维可视化的数　方向（测量坐标ｙ）坐标的整数位数保留６位数。　据，最好采用统＿的坐标系统，尽量避免出现各种数　因此在进行地质剖面图数据数字化三维可视化　据之间坐标系统的转换情况。　时，应该采用或转换成统一的矿区坐标系统。　常用的坐标系统有：北京５４坐标系，西安８Ｏ坐　２数字化三维可视化的地质剖面图数据　标系，ＷＧＳ８４坐标系统。　对于不同坐标系统的数据，要依据矿区的生产　地质剖面，又称地质断面，指沿某一方向，显示　一实际情况，选定一个矿区常用的坐标系统，将其它坐　定深度内地质构造情况的实际（或推断）切面。表　标系统的数据转换为选定的矿区坐标系统的数据。　示地质剖面的图件，称地质剖面图［２１　。地质剖面是　现在已经有了比较成熟的坐标系统转换软件，　研究地层、岩体和构造的基础资料。地质剖面图，是　在需要转换坐标系统时可使用坐标系统转换软件来　按一定比例尺，表示地质剖面上的地质现象及其相　互关系的图件。地质剖面图与地质图相配合，可以获　收稿日期：２００６—１０—２１　．　得地质构造的立体概念。垂直岩层走向的地质剖面　作者简介：王军锋（１９８０～），男，河北巨鹿人，硕士，硕士　图称地质横剖面图；平行岩层走向的剖面罔，习惯称　专业：采矿工程，本科专业：机械工程及其自动化，现在江西　地质纵断面图；呈水平方向的剖面图，习惯称水平地　理工大学应同科学学院机电工程系机械工程教研室工作。　质断面图。按地质剖面所表示的内容，可分为地层剖　维普资讯 http://www.cqvip.com

匿置固　露天采矿技术　２００６－ｆ－￣，６期　提供高精度的图纸。　・５　・　面图、第四纪地质剖面图、构造剖面图等等；按资料　来源和精确程度又分为实测、随手、图切剖面图等。　地质削面示意图见图１。　－一　度检查，不符合精度要求的数据需要重新处理，尽量　４地质剖面图数据的数字化三维可视化方法　霪　、　＿、、一　、　地质剖面数据的数字化主要是针对未矢量化的　叶｛：苌　剖面数据来说的。对于国内大多数正在生产中的矿　山来说，矿山数字化的水平不高，大多数地质剖面数　　’－、＝　暑　、、　、　●＿　恙　据都是图纸数据，大都是没有矢量化的数据；对于已　、　～ｔ毫　＇　＝　一：　●ｆ、＿　图１地质剖面示意图　地质剖面图数据的几何属性是属于线类型的。　数宁化三维可视化了的地质剖面图数据的主要用途　是用来圈定矿体在ｊ维状态下的形态。已圈定的部　分三维状态下的矿体形态见图２。因此需要数字化　ｉ维可视化的剖面图数据主要是：地表剖面线、矿体　界限、断层、钻孔剖面投影位置等，并且要求数字化　三维可视化了的地质剖面图数据精度耍尽可能地　高，以保证圈定矿体形态的精度。　图２三维状态下的矿体形态　３　地质剖面图数据的格式要求　地质剖面图数据文件的格式要求：　（１）必须是矢量化格式的剖面罔线段，并以后缀　名ｄｗｇ、ｄｘｆ等结尾的数据文件格式。　（２）矢量化的罔纸在ＡｕｔｏＣＡＤ下的绘制比例必　须是１：１，否则需要对其进行转换。　（３）等高线在ＡｕｔｏＣＡＤ下必须是用多段线绘制　的，如果是样条曲线需要把其转换为多段线，以保证　程宇间的兼容性。　（４）如果是已经矢量化的图纸需要对其进行精　经是矢量化的地质剖面图数据只需要检查其所提供　的数据是＿否符合给定的要求，并处理成所需要的数　据格式要求即可。　一般来说，用数字化仪矢量化的图纸比用扫描　仪矢量化的图纸精度要高一些，并且剖面图采用数　字化仪矢量化时，其工作量并不是太大，因此，在条　件许可的情况下，应尽量采用数宁化仪来矢量化剖　面图数据【　。　剖面图图纸数据的数宁化的方法：先打开数字　化仪，再打开ＡｕｔｏＣＡＤ软件，使用ＰＬＩＮＥ或ＳＫＥＴＣＨ　命令在数字化板上跟踪输入等高线。矢量化时需要　’注意以下２个问题：①如使用ＳＫＥＴＣＨ命令应合理　地设置跟踪点的密度，点距过密将造成地形数据文　件过于庞大使得下一步处理较为困难，而点距过稀　又会造成精度的降低。另外还应注意设置系统变量　ＳＫＰＯＬＹ的值为１，使得输入的等高线为多义线　ＰＯＬＹＬＩＮＥ。②图纸由于放置的ｎ，ｔＩ￣ｑ较长、折叠等因　素会产生变形，会导致矢量化的数据产生一定的误　差，因此图纸要尽量铺平，减少囚折叠而产生的误差。　地质剖面数据三维可视化方法的原理在各种软　件下都基本相同，在ＡｕｔｏＣＡＤ软件或矿业软件中都　可以进行三维可视化处理：①把二维的地质剖面数据　垂直旋转９０度；②移动剖面使其与勘探线的～端对　齐；③旋转剖面使其与勘探线方向一致。这样便完成了　地质剖面数据的三维可视化处理，其过程见网３所示。　５地质剖面图数据的检查方法　对于进行基础数据数字化　维可视化的技术人　员，一般情况下最好不要进行人员调整，这样有利于　对数字化三维可视化了的基础数据进行查找、修改　和检查，也有利于数字化三维可视化了的数据的完　整性、准确性和可靠性。　对于地质剖面图的数据，主要检查的是数据在　矢量化后的误差，并作相应的调整，其检查　‘法为：　首先，根据剖面网上网格线的距离，检查图纸矢量化　的误差精度是否达到给定的要求，对于同一剖面上的　维普资讯 http://www.cqvip.com

・６・　露天采矿技术　２００６年第６期　正地质剖面图能有效地降低矢量过程中产生的误差）。　６结语　本文所述的方法已运用于工程实践，应用到了　贵州某磷矿的地质剖面图数据的数字化工作中，并　用矿业软件进行了地质剖面图数据的三维可视化．　取得了良好的效果。　参考文献：　［１］刘长星．矿…坐标系统的统一方法探讨及其应用［Ｊ］．测　绘通报，２００２，（４）：２８—３Ｏ．　［２］黄乃安．工程地质学［Ｍ］．北京：水利水电出版社．北京：　１９９５．　［３］杨盂达，刘新华，王瑛，胡绍祥．煤矿地质学［Ｍ］．北京：　煤炭　【　业出版社．２０００，（８）：２８０—３１２．　图３　地质剖面图数据的三维可视化处理过程　［４］胡五九，马起．浅谈数字化成图［Ｊ］．　程建设与档案，　由几张罔纸拼合在一起的矢量化罔纸来说，应检查图　２００２，（２）：２５—３Ｏ．　纸问的衔接情况是否能达到给定的精度要求；然后，　［５］袁峰，周涛发，岳书仓．基于Ｍａｐｉｎｆｏ的地图矢量化方　把剖面阁数据输人到矿业专用软件，并调整剖面图到　法［Ｊ］．皖西学院学报，２００２，１８（４）：８６—８８．　相应的三维空间位置，打开在三维视图下的钻孔，切　［６］ＳＪ：／＿Ｅ乔，刘增祥．数字化、扫描矢量化技术在三峡工程中　换到二维状态下，对照钻孑Ｌ数据来修正地质剖面图　的应用与发展［Ｊ］．青海水力发电，２００２，（２）：２２—２６．　（由于钻孑Ｌ数据是比较准确的，因．此用钻孔数据来修　（上接第３页）　和载重３６０　ｔ的自卸汽车；近水平露天煤矿采用搭临　统计的自动化，避免了人为统计的误差；　时排土桥，以便减少汽车运距；智能化卡车调度技术　（５）实现钻机高精度定位、轮胎在线监测及卡车　的应用，可以显著提高设备效率。　加油与设备维修管理等。　这些采矿方法和新技术的应用，可以减少设备　４．３应用前景　数量、提高生产效率和设备的可靠性与维修性、降低　我国有数量众多的大型汽车运输露天矿，均具　生产成本、改善露天矿生产管理手段，给单斗铲一卡　有设备数量多、生产规模大的特点，适合使用该系　车间断工艺注入了新的活力。　统。我国江西德兴铜矿已经采用了美国模块公司的　参考文献：　卡车调度系统，运输系统效率提高９％左右；华能伊　［１］阳会，郑友毅．我国露天开采工艺发展初探［Ｊ］．煤炭　敏煤电公司采用了煤炭科学研究总院抚顺分院自主　－１２；￣，２００４，【４）‘　设计的卡车调度系统，运行效果良好。随着卡车和燃　［２］尚涛，才庆祥，张幼蒂，等－我同大型露天煤矿若干生　影响日趋重要各企业对卡车调度系统的推广应用　专　耋　篓　竺篓　９　２　　０，…～　～“～　。２。０一　。５，¨（２．。）　．　也越来越积极。平朔安太堡露天煤矿、准格尔黑岱沟　ＩｎｊＴ．阿特　，ｓ．Ｅ．埃尔．阿尔菲，Ｎ．Ｇ．特里佐波洛斯．世　露天煤矿、鞍…齐大山铁矿等正在积极筹备引进自　界露天采矿设备新进展［ＪＪ＿国外金属矿…，１９９７，（６）．　动化卡车调度技术。　［５］周玉民．露天矿汽车运输合理运距的确定［Ｊ］．煤矿机　５结语　械，２００２，（８）．　［６］姚广义．露天矿合理条区长度的研究［Ｊ］．露天采矿技　单斗铲一卡车工艺生产成本偏高，同时也越来　术，２００５（５）．　越受到燃油市场的制约，但　了其它开采工艺一样，有　［７］王振军，张幼蒂，才庆详．露天矿钾能运输系统的研究　自身不可替代的优点。　［Ｊ］．化工矿物与加工，２００４，（４）．　随着露天煤矿年生产能力的加大和采矿设备制　［８］解连江，邢军，孙效玉．露天矿应用汽车调度系统提　造技术的不断提高，间断Ｔ艺中的采运设备也１３趋　高效率的预测与　法［Ｊ］．矿业：ｌ：程，２００６，（３）．　大型化。如安太堡露天煤矿新订购了５５ｍ　的前装机